Incertidumbre-en-la-modelacion-de-inundaciones-por-rotura-de-presa

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO 
PROGRAMA DE MAESTRÍA Y DOCTORADO EN INGENIERÍA 
INGENIERÍA CIVIL – HIDRÁULICA 
 
 
 
 
 
INCERTIDUMBRE EN LA MODELACIÓN DE INUNDACIONES POR ROTURA DE 
PRESA 
 
 
 
 
TESIS 
QUE PARA OPTAR POR EL GRADO DE: 
MAESTRO EN INGENIERÍA 
 
 
 
 
 
PRESENTA: 
ÁNGEL OMAR ALCÁZAR MARTÍNEZ 
 
 
 
 
 
TUTOR PRINCIPAL 
DR. JOSÉ AGUSTÍN BREÑA NARANJO, INSTITUTO DE INGENIERÍA UNAM 
 
 
 
 
 
 
 
CIUDAD UNIVERSITARIA, CD. MX. MARZO 2017 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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JURADO ASIGNADO: 
 
Presidente: Dr. Fuentes Mariles Óscar Arturo 
Secretario: Dr. Domínguez Mora Ramón 
Vocal: Dr. Breña Naranjo José Agustín 
1er. Suplente: Dr. Pozos Estrada Óscar 
2do. Suplente: Dr. Pedrozo Acuña Adrián 
 
 
Lugar donde se realizó la tesis: 
INSTITUTO DE INGENIERÍA, UNAM 
 
 
 
 
 
 
 
TUTOR DE TESIS 
DR. JOSÉ AGUSTÍN BREÑA NARANJO 
 
__________________________________ 
FIRMA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A Mariana y Nicolás 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La gota de agua perfora la 
roca… no por su fuerza, 
sino por su constancia 
 
 
 
 
 
 
 
Agradecimientos 
 
A mi esposa: 
 
Mariana, por su gran amor y paciencia en este camino que recorrimos juntos y por 
la fe que mantuvo en mí para lograr un objetivo como familia. Por el tiempo que 
soportó mi ausencia y el cuidado tan amoroso a nuestro pequeño Nicolás. 
 
A mi familia: 
 
A mi madre, mi hermano Alex, mi otro hermano, no de sangre pero si de alma, 
Gerson, que siempre estuvieron apoyándome y dándome aliento para no claudicar 
y conseguir una meta más en mi vida. A toda la familia Mendoza Martínez, que es 
mi segunda familia, porque así me lo hicieron saber desde que los conocí. 
 
A la Universidad Nacional Autónoma de México por brindarme la oportunidad de 
realizar esta meta académica en sus instalaciones, utilizando su equipo y mobiliario, 
al Instituto de Ingeniería por el apoyo brindado dentro de sus instalaciones y a todo 
el personal que ahí labora, que sin ellos no podría suceder. 
 
A mis profesores: 
 
Al Dr. Adrián Pedrozo y al Dr. Agustín Breña por ser mis tutores en este trabajo de 
investigación, que sin duda fueron una motivación personal para mí y un ejemplo a 
seguir; con un talento y sencillez envidiable, me brindaron su apoyo y amistad 
incondicional siempre con su fe puesta en mí. A la Mtra. Guadalupe Estrada que fue 
dentro y fuera del aula un apoyo y una fuente de conocimientos que sin duda 
marcaron mi camino hacia esta hermosa rama de la ciencia. 
 
A mis amigos: 
 
A todas esas personas que siempre han estado para mí, brindándome una amistad 
incondicional y dándome consejos para todos los planos de mi vida. A mis 
compañeros en esta aventura: Homey, Alan, Daniel, Roberto, Marco y Regina que 
siempre me tendieron una mano cuando lo necesité. 
 
Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología por el apoyo económico brindado. 
 
 
Resumen 
 
 
 
 
 
 
A lo largo de la historia se han presentado eventos correspondientes a la falla de 
estructuras de retención y almacenamiento de agua, como lo son las presas o diques 
construidos con un cierto propósito, como: control de avenidas, asegurar el 
abastecimiento de agua a poblaciones y cultivos, o la generación hidroeléctrica, entre 
otros. Cuando se presenta una falla o rotura, los impactos ocasionados aguas abajo 
de la estructura pueden llegar a ser considerables en términos de vidas humanas, 
económicas y ambientales. 
En este trabajo se analiza la sensibilidad hidrológica e hidrodinámica como 
resultado de la falla en una presa, cuyas variables principales se encuentran en 
función de las características propias del vaso y de su cortina, así como de algunas 
propiedades hidráulicas de la región ubicada aguas debajo de la cortina. El caso de 
estudio se trata de una cortina de materiales graduados, ubicada en la presa El Rejón 
en la ciudad de Chihuahua, México. 
Finalmente, se identifican los factores de incertidumbre más importantes para fines 
de predicción de zonas inundables en un escenario de falla o rotura de una cortina. 
 
Palabras clave 
Presa, brecha, hidrograma, inundación 
 
 
Abstract 
 
 
 
 
 
 
Throughout history there have been events corresponding to the failure of 
contention or storage water structures, for example dams or dikes built with a 
certain purpose, such as flood control, ensure water supply to populations and crops 
or hydroelectric generation, and others. When a failure or breakage happens, the 
impacts caused downstream of the structure can be considerable in terms of human 
lives, economic and environmental. 
In this work the hydrological and hydrodynamic sensitivity are analyzed as a result 
of the failure of a dam, whose main variables are based on the characteristics of the 
reservoir and its embankment, as well as some hydraulic properties located 
downstream of the dam. The case study is a zoned-earth embankment, located in El 
Rejón dam in the city of Chihuahua, México. 
Finally, the most important uncertainty factors for prediction purposes of flood 
zones in a scenario of failure or breakage of a dam are identified. 
 
Key words 
Dam, breach, hydrograph, flooding 
 
 
Contenido 
Introducción……………………………………………………………………..……. XIV 
Gestión del riesgo por inundación producido por la falla de estructuras…...... XV 
Objetivo del trabajo………………………………………………………………….. XVI 
1. Tipos de falla en presas………………………………………………...…….... 17 
1.1 Criterios de diseño y falla en presas de concreto……………………....... 17 
1.2 Criterios de diseño y falla en presas de tierra………………………....… 21 
1.3 Fallas históricas, estado del arte…………………………………………... 29 
 
2. Estrategias para la gestión de inundaciones………………………………... 38 
2.1 México: El Plan Hídrico Integral de Tabasco……………………………. 38 
2.2 Países Bajos: The program Room for the River……………….…………. 39 
2.3 Reino Unido: Making Space for Water………………………………….... 41 
2.4 Modelado de inundaciones por rotura de presa………………………… 43 
2.5 Incertidumbre asociada al modelado de inundaciones………………… 47 
 
3. Formación de brechas en cortinas de tierra…………………………...…….. 51 
3.1 Erosividad en cortinas de tierra…………………………………………... 51 
3.2 Modelos de evolución de brechas………………………………………… 61 
3.2.1 Mecanismos de formación de la brecha…………………………... 62 
3.2.2 Forma y desarrollo de la brecha…………………………………… 63 
3.3 Estudios experimentales…………………………………………………… 68 
3.4 Modelos empíricos, paramétricos o de regresión……………………….. 72 
3.5 Modelos matemáticos con base física…………………………………….. 75 
 
 
 
 
 
4. Metodología ………………..…………………………………………………... 80 
4.1 Modelo empírico-analítico para la determinación de la falla o evolución 
de la brecha de rotura...……………………………………………………. 80 
4.2 Modelo digital de elevación……………………………………………….. 86 
4.3 Coeficiente de rugosidad…………………………………………………... 87 
4.4 Simulación hidrodinámica bidimensional (Lisflood-FP)……………….. 90 
 
5. Caso de estudio: El Rejón, Chihuahua………………………………………. 94 
5.1 Descripción de la presa…………………………………………………….. 94 
5.2 Definición de escenarios de rotura y variabilidad de parámetros…….. 97 
5.3 Sensibilidad hidrológica e hidráulica…………………………...………. 103 
5.4 Incertidumbre en los mapas de inundación……………………..……...106 
5.5 Impactos……………………………………………………………………. 118 
 
6. Conclusiones y recomendaciones……………………………………...…… 122 
6.1 Conclusiones………………………………………………………………. 122 
6.2 Recomendaciones…………………………………………………………. 124 
 
Referencias…………………………………………………………………….. 125 
Anexos………………………………………………………………………….. 129 
 
 
Lista de figuras 
Figura 1.1 Esfuerzos en cortina de tipo arco en concreto……………………… 19 
Figura 1.2 Presa Hoover tipo arco-gravedad………………………………….... 19 
Figura 1.3 Esfuerzos en cortina de concreto a gravedad………………………. 20 
Figura 1.4 Filtración a través de las juntas de concreto en las presa Valle de 
Bravo…………………………………….…………………………...… 20 
Figura 1.5 Fallas comunes en una presa de tierra……………………………… 22 
Figura 1.6 Falla por tubificación en una cortina de tierra………………….….. 22 
Figura 1.7 Falla por deslizamiento de talud…………………………....……….. 22 
Figura 1.8 Falla por erosión en el talud de la cortina aguas arriba…………… 23 
Figura 1.9 Falla por erosión en el talud de la cortina aguas abajo……………. 23 
Figura 1.10 Falla por vegetación excesiva en la cortina…………...…………… 23 
Figura 1.11 Falla por actividad de roedores…………………………………….. 24 
Figura 1.12 Falla por actividad de ganado……………………………...………. 24 
Figura 1.13 Falla por agrietamiento transversal………………………………... 24 
Figura 1.14 Falla por agrietamiento longitudinal………………………………. 25 
Figura 1.15 Falla por depresión en la corona…………...………………………. 25 
Figura 1.16 Falla por erosión interna…………………………………………….. 25 
Figura 1.17 Falla por filtración a través de la cimentación…………………….. 26 
Figura 1.18 Falla por filtración en la ladera de la presa…………………...…… 26 
Figura 1.19 Falla por socavación a la salida de la obra de toma………………. 26 
Figura 1.20 Falla por fractura en estructura de concreto o mampostería...….. 27 
Figura 1.21 Falla por erosión en el talón de la cortina…………………………. 27 
Figura 1.22 Falla por escombros o vegetación en vertedor……………………. 27 
Figura 1.23 Falla por erosión en el vertedor…………………………………….. 28 
Figura 1.24 Falla por tubificación en una presa de Ohio………………………. 28 
Figura 1.25 Falla por socavación al pie del vertedor…………………………… 29 
Figura 1.26 Fallas de presas en Estados Unidos según su fecha y asociado al 
número de víctimas fatales del evento……………………………. 32 
 
 
Figura 1.27 Ubicación geográfica de las 116 principales presas de México, que 
representan casi el 79% de la capacidad total de almacenamiento a 
nivel nacional……………………………………………………….... 33 
Figura 1.28 Vista del rompimiento de la presa Teton en Junio de 1976...……. 34 
Figura 1.29 Vista del rompimiento del dique de Minas Gerais en Mariana, 
Brasil…………………………………………...……………………… 34 
Figura 1.30 Falla de presa por tubificación en Walla Walla County………….. 35 
Figura 1.31 Falla de presas e inundaciones en Carolina del Sur……...………. 36 
Figura 1.32 Precipitación acumulada del 1 al 6 de Octubre de 2015 en Carolina 
del Sur………………………………………………………………… 37 
 
Figura 2.1 Mapa de amenaza por inundación para la ciudad de Carlisle, 
UK………………………………………………………………………. 50 
 
Figura 3.1 Profundidad mínima para cortes, rellenos y presas de tierra…….. 51 
Figura 3.2 Vista aguas debajo de las fallas por tubificación presentadas en la 
cortina de la presa “La Escondida” en Tamaulipas………….…….. 54 
Figura 3.3 Esquema del ensayo pinole…………………………………...……… 55 
Figura 3.4 Esquema de un grano de suelo sujeto a flujo de agua y fuerza de 
filtración………………………………………………….…………….. 56 
Figura 3.5 a) Erosión de contacto externa, b) Erosión de contacto interna...… 58 
Figura 3.6 Erosión con una interfaz rígida……………………………….……… 59 
Figura 3.7 a) Sufusión externa, b) Sufusión interna, c) Sufusión de contacto.. 60 
Figura 3.8 Arrastre de partículas de suelo por efecto de la tubificación 
retrógrada……………..…………………………………….…………. 60 
Figura 3.9 Parámetros de una brecha de presa idealizada…………………….. 64 
Figura 3.10 Formas comúnmente adoptadas para modelar brechas………..... 67 
Figura 3.11 Tipos de embrechamiento para una presa de tierra, rebosamiento 
de la corona (arriba) y tubificación (abajo)…………………...…… 68 
Figura 3.12 Condiciones del modelo experimental…………………………….. 69 
Figura 3.13 Forma parabólica observada en la brecha con talud casi vertical. 70 
 
 
Figura 3.14 Forma de brecha final en la segunda prueba……...………………. 70 
Figura 3.15 Esquema geométrico del modelo experimental de Islam y 
Tsujimoto………………………………………...…………………… 71 
Figura 3.16 Sección transversal de una brecha trapecial…………………...….. 76 
 
Figura 4.1 Probabilidad del tiempo de falla para presas de tierra……………. 81 
Figura 4.2 Mapa de cobertura del SRTM vista en plano…………………….…. 86 
Figura 4.3 Mapa de cobertura del SRTM vista en globo……………………….. 87 
Figura 4.4 Principio físico fundamental con el que trabaja LISFLOOD-FP….. 91 
Figura 4.5 Interacción del flujo entre celdas para simular una inundación sobre 
una planicie 2D………………………………………………………... 92 
 
Figura 5.1 Ubicación geográfica de la presa El Rejón…………………………... 95 
Figura 5.2 Fotografías de algunos elementos de la presa El Rejón. a) Paramento 
aguas arriba de la cortina. b) Vista aguas debajo de la cortina y obra 
de toma. c) Canal de salida. d) Vertedor cimacio curvo. e) Estanque 
amortiguador. f) Torre limnímetro y válvulas de obra de toma…. 96 
Figura 5.3 Polígono demarcado para obtener el área de inundación……..… 106 
Figura 5.4 Topobatimetría del área de estudio………………...……………… 106 
Figura 5.5 Topobatimetría 3D del área de estudio……………………………. 107 
Figura 5.6 Evolución de la simulación de una inundación a cada 10 
minutos……………………………………………………………….. 108 
Figura 5.7 Hidrografía de la ciudad de Chihuahua y ubicación de la presa.. 110 
Figura 5.8 Mapa de densidad de población en la ciudad de Chihuahua…… 119 
Figura 5.9 Puntos importantes a destacar en la zona de riesgo……………… 120 
 
 
 
Lista de gráficas 
Gráfica 1.1 Registro de presas falladas en el mundo organizadas por fecha de 
evento…………………………………………………………………. 31 
Gráfica 1.2 Registro de presas falladas en el mundo organizadas por número 
de fatalidades………………………...………………………………. 31 
 
Gráfica 5.1 Distribución estadística para cada rango de tiempo pico……..… 102 
Gráfica 5.2 Distribución estadística para cada rango de gasto pico…………. 102 
Gráfica 5.3 Hidrogramas de salida, agrupados por escalón inicial Z0…….… 104 
Gráfica 5.4 Hidrogramas de salida, agrupados por ancho de brecha B…….. 105 
Gráfica 5.5 Hidrogramas de salida, agrupados por coeficiente de erosividad 
α2…………………………………...………………………………… 105 
Gráfica 5.6 Evolución del área inundada con respecto al tiempo en las 
primeras seis horas………………………….……………………… 113 
Gráfica 5.7 Relación del área inundada con respecto al gasto pico en intervalos 
de tiempo (10 min, 30 min, 2 horas y 6 horas)……………...…… 114 
Gráfica 5.8 Gráfica semi-logarítmica del área inundada con diferentes 
coeficientes de fricción…………………………………….……….. 117 
Gráfica 5.9 gráfica semi-logarítmica del área inundada con diferentes 
coeficientes de fricción………………………………………...…… 117 
 
 
 
Lista de tablas 
Tabla 1.1 Registro histórico de presas falladas………………………………….. 30 
 
Tabla 2.1 Acciones estructurales y no estructurales consideradas en el Plan 
Hídrico Integral de Tabasco……………………………………...……. 39 
Tabla 2.2 Medidas estructurales tomadas en cuenta en el programa “Room for 
the River”……………………………………………...………………… 41 
Tabla 2.3 Programas para modelar inundaciones en simulación hidráulica o 
hidrodinámica………………………...………………………………… 49 
 
Tabla 3.1 Ecuaciones de regresión para obtener el ancho final de la brecha… 67 
Tabla 3.2 Principales trabajos de investigación experimental sobre 
embrechamiento en cortinas de tierra………………...……………… 71 
Tabla 3.3 Principales modelos empíricos-paramétricos para el cálculo de 
embrechamiento en cortinas de tierra………………………………... 73 
Tabla 3.4 Resumen de las geometrías de brechas aconsejadas por el U.S. Army 
Corps of Engineers y el National Weather Service…………….……. 74 
 
Tabla 4.1 Especificaciones del producto SRTM-1 arco de segundo…...………86 
Tabla 4.2 Coeficientes de rugosidad de Manning para canales abiertos……... 88 
 
Tabla 5.1 Valores probables de ancho de brecha para la falla de una cortina de 
tierra……………………………………………………………………… 98 
Tabla 5.2 Parámetros fijos para la modelación de inundaciones por rotura de 
presa…………………………………………………………………........ 98 
Tabla 5.3 Parámetros variables para la modelación de inundaciones por rotura 
de presa………………………………………………………………….. 99 
Tabla 5.4 Valores de referencia de modelos empíricos-paramétricos…….….. 99 
Tabla 5.5 Valores pico de salida para cada hidrograma de salida probable... 100 
Tabla 5.6 Resumen de las áreas inundadas para cada hidrograma en intervalos 
de tiempo (10 min, 30 min, 2 horas y 6 horas)……………………… 113 
Tabla 5.7 Diferencia en el área inundada para cada coeficiente de fricción... 114 
 
 
Introducción 
En años recientes el crecimiento poblacional ha traído consigo que las zonas 
urbanas crezcan aleatoriamente y con ello, el establecimiento de viviendas en 
márgenes de ríos o arroyos, lo cuales constituyen un riesgo potencial para sus 
habitantes. 
Las presas de almacenamiento son obras que benefician en gran medida a la 
sociedad, aunque eso depende de una operación y mantenimientos adecuados de la 
presa y de esa manera minimizar el riesgo de falla de ellas. 
La falla de una cortina se puede presentar debido a varios factores, individualmente 
o en conjunto, y los principales son: diseño pobre o ineficiente de la cortina, fallas en 
la construcción, modificación de la cuenca asociada a lo largo del tiempo, mala 
operación de las compuertas, falta de mantenimiento o un evento natural extremo 
(sismo, huracán, tornado, etc.). 
El caso de estudio planteado en este trabajo se encuentra en la ciudad de Chihuahua, 
donde en la actualidad hay más de un millón de habitantes y por lo tanto se 
considera una ciudad “grande” según el Instituto Nacional de Estadística, Geografía 
e Informática (INEGI). La presa “El Rejón” está ubicada al suroeste de la ciudad, 
dentro de la zona urbana; con una capacidad de almacenamiento actual de seis 
millones de metros cúbicos, la cual se convierte en una amenaza potencial para los 
habitantes que viven a las márgenes de su cauce aguas abajo de su cortina. 
La probabilidad asociada a la falla de la presa y por consiguiente a la inundación de 
la ciudad de Chihuahua, se encuentra en función de los tipos de falla que se pueden 
presentar, las condiciones mismas de la estructura y los agentes externos que 
influyan en la falla. Actualmente es posible obtener la respuesta que se tendría ante 
un escenario hipotético de falla. 
Los mapas de riesgo de daño por inundación se han convertido en una de las 
principales herramientas para informar a las autoridades acerca de la vulnerabilidad 
de alguna clase de elementos ubicados en una región ante este tipo de catástrofes. 
Este tipo de mapas son generados a partir de información obtenida de modelos 
numéricos capaces de considerar diferentes variables y parámetros que definan la 
magnitud de una inundación (área, tirante, velocidad, etc.). 
 
 
 
Gestión del riesgo por inundación producido por la falla 
de estructuras 
La gestión de riesgos se enfoca a manejar la incertidumbre en función de una 
amenaza, por lo cual es necesario definir un análisis de tipo probabilista para conocer 
el riesgo. En el caso de la falla de una estructura, el análisis se centra en conocer 
todas las variables involucradas en una falla y la probabilidad de ocurrencia de cada 
una de ellas. 
En el caso específico de una inundación, estas ocurren debido a diversas causas y 
factores de origen natural (saturación de la capacidad máxima de un cauce o un 
dren) o antropogénico (fallas en el diseño u operación de las obras hidráulicas), los 
cuales responden a condiciones extremas asignadas a una cierta probabilidad de 
ocurrencia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Objetivo del trabajo 
El objetivo principal de este trabajo de investigación consiste en analizar la 
incertidumbre asociada a un evento de inundación provocado por la falla de una 
presa. Para esto, el uso de modelos matemáticos y la aplicación de procedimientos 
empíricos disponibles para representar una falla de esta naturaleza, son en general, 
un esquema de evaluación que permite simular un caso hipotético de falla y su 
impacto aguas abajo de la obra de regulación. 
El objetivo general se entenderá a través de los objetivos específicos: 
 Conocer y entender los tipos de fallas que se pueden presentar en una presa 
con cortina de tierra. 
 Estimar los posibles hidrogramas de salida provocados por la rotura de la 
cortina. 
 La simulación del área de inundación dentro de un contexto urbano y en 
función de diferentes condiciones iniciales (hidrograma de salida). 
 Evaluar las probabilidades del área de inundación en la zona de estudio. 
 Comparar resultados de los distintos modelos empleados. 
 Cuantía de probables daños. 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
17 
 
1. Modos de falla en presas 
 
Existen diversas modalidades de falla en una presa, y estas principalmente se 
relaciona al tipo de cortina que se tiene, ya sea en arco, rígida o de materiales sueltos, 
cada una presenta un patrón de falla diferente en donde dominará su forma 
geométrica, capacidad de almacenamiento, erosión de la cortina (principalmente 
aquellas construidas en tierra), y el principal, el factor detonante que hará ceder a la 
estructura de contención. 
El factor detonante es aquel que debilita la estructura (externo o interno) y promueve 
el colapso de la cortina en cierta forma y tiempo. Los principales factores detonantes 
que conllevan a la falla de una presa son: filtración, tubificación, rebosamiento, 
subpresión, cimentación débil, fractura o evento natural extremo. 
Las presas de arco o gravedad que están construidas con materiales de concreto de 
un tamaño definido, son más fáciles de determinar la formación de su brecha de 
falla, ya que la falla se dará en piezas monolíticas completas y la parte más débil 
serán sus juntas de construcción. En este tipo de fallas se crea una brecha de tipo 
rectangular por donde se vaciará el embalse en un tiempo relativamente corto (arco: 
0 - 0.1 horas, gravedad: 0.1 – 0.5 horas) a diferencia de una presa de tierra en donde 
la formación de la brecha será comúnmente trapecial y se generará en un lapso de 
tiempo más extendido (0.1 – 12 horas) según el U.S. Army Corps of Engineers & 
Fread of National Weather Service (1977). 
 
1.1 Criterios de diseño y falla en presas de concreto 
Las presas de concreto son de diferentes tipos: arco, doble arco (bóveda), gravedad, 
contrafuertes o una mezcla de ellas. En las presas de arco y doble arco, la geometría 
curva de la cortina transmite los esfuerzos hidrostáticos hacia sus laderas, las cuales 
deben ser propiamente de roca sólida y resistente para absorber los esfuerzos 
generados en la cortina (Figura 1.1). La ventaja que brinda una cortina curveada es 
que necesita una menor cantidad de material que una de tipo gravedad, por lo que 
se considera le mejor opción en valles estrechos con laderas rocosas. 
Las presas de gravedad y contrafuertes son aquellas que debido a su propia 
geometría y peso detendrán los esfuerzos hidrostáticos, y cuya geometría en su 
sección transversal es tradicionalmente de forma trapecial, por lo que, los cálculos 
para el diseño de una estructura de este tipo deben de permitir una resistencia al 
deslizamiento y al volteo (Figura 1.3). 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
18 
 
Los principales elementos de una presa de concreto son: cortina, machones 
(contrafuertes), aliviadero (excedencias), obra de toma, desagüe de fondo (algunas), 
compuertas (algunas), cimentación, plinto, dentellones (algunas), casa de máquinas 
(hidroeléctricas). 
Los criterios de construcción siempre están enfocados en la seguridad de la 
estructura, porlo que es necesario realizar un cálculo minucioso de tipo vectorial 
para el diseño de una estructura de este tipo, además de la mecánica de los 
materiales empleados (por ejemplo, el concreto debe tener una resistencia para 
evitar fracturas ante esfuerzos grandes de compresión y cortante, mientras que el 
acero debe de ser usado como refuerzo, ya que este es el elemento que absorbe los 
esfuerzos a tensión presentados en la cortina). 
Un detalle importante en la construcción de una presa de concreto es la 
deshidratación que sufre el concreto de la cortina al fraguar, al ser un volumen tan 
grande de material, la pérdida de humedad en el fraguado se debe supervisar 
cuidadosamente, ya que una fractura en el fraguado por la cantidad de agua perdida 
durante el proceso de construcción podría provocar una falla. 
Para cualquier caso, es ampliamente recomendable el uso de dentellones, los cuales 
se encuentran entre la cimentación y la base de la cortina. Este elemento permite que 
si el lecho del cauce o la cimentación no son completamente impermeables, las líneas 
de corriente por debajo de la estructura sean más extendidas y no ocasionen un 
problema de subpresión. El diseño de los dentellones se debe considerar para cada 
caso particular y está en función de las características del sitio. 
En la mayoría de las ocasiones, el suelo no es lo suficientemente impermeable para 
evitar que se infiltre el agua embalsada, por lo que regularmente se procede a 
inyectar concreto mezclado con arcillas expansivas para sellar los poros del 
subsuelo, esta técnica mejora las condiciones del sitio para evitar pérdidas 
importantes por infiltración. 
Otro riesgo para la estructura que requiere inyecciones de concreto en las juntas 
constructivas corresponde al fenómeno de tubificación, aunque la cortina puede 
durar varios años filtrando sin colapsar, esta falla irá siempre en incremento por el 
deterioro del concreto (Figura 1.4). 
 
 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
19 
 
 
Figura 1.1 Esfuerzos en cortina de tipo arco en concreto. Gupta A. (2013). 
 
 
Figura 1.2 Presa Hoover tipo arco-gravedad. (2006). 
 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
20 
 
 
Figura 1.3 Esfuerzos en cortina de concreto a gravedad. López W. (2012). 
 
 
Figura 1.4 Filtración a través de las juntas de concreto en la Presa Valle de Bravo. Elaboración 
propia (2016). 
 
 
 
 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
21 
 
1.2 Criterios de diseño y falla en presas de tierra 
En los casos correspondientes a presas de tierra, se debe de tomar en cuenta el tipo 
de cortina que será la ideal en el proyecto, existen varios tipos de cortinas de 
materiales térreos como lo son: núcleo de arcilla y paramentos de tierra compactada, 
pantalla de arcilla impermeable y enrocamiento, materiales graduados y una serie 
de combinaciones de estos materiales. Un factor decisivo en la construcción de una 
presa de tierra es la disponibilidad de los recursos cerca del sitio de construcción. 
Al ser una estructura de materiales sueltos, los esfuerzos ejercidos sobre la cortina 
serán su peso propio y los empujes hidrostáticos. Un cálculo básico para su diseño 
es el deslizamiento de una sección (mediante el método sueco o por dovelas), para 
evitar deslices en el talud. Otros estudios fundamentales en el diseño y construcción 
de una presa de tierra estarán relacionados con la mecánica de suelos y la mecánica 
de rocas para la estimación de coeficientes de cohesión, permeabilidad y reposo de 
los materiales empleados. 
La falla de una presa de este tipo es regularmente una falla gradual, donde incluso 
se pueden observar señales anticipadas de ello. Las principales fallas en una presa 
de este tipo son: desbordamiento, tubificación, erosión, agrietamiento, 
deslizamiento, licuación, por vaciado rápido o desastre natural (tornado, huracán, 
erupción volcánica o sismo). 
A diferencia de una presa de concreto, para estas estructuras un rebosamiento por 
el bordo de la cortina implicaría una catástrofe inminente por el arrastre del material 
suelto y su posterior colapso. Además, el procedimiento de vaciar muy rápido la 
presa también implica riesgos considerables por la razón de que no se podrían 
contener los esfuerzos negativos a esa velocidad de flujo. El efecto de licuefacción 
sucede cuando se aplica una fuerza externa y en ciertas condiciones el suelo puede 
pasar del estado sólido a uno líquido, o adquiere la consistencia de un líquido 
pesado, este fenómeno puede afectar el corazón impermeable o la cimentación. 
En las Figuras 1.5 a 1.25 se muestran los diferentes tipos de fallas en presas de tierra 
causadas por diferentes factores. 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
22 
 
 
Figura 1.5 Fallas comunes en una presa de tierra. Association of State Dam Safety Officials (2016). 
 
 
Figura 1.6 Falla por tubificación en una cortina de tierra. U.S. Department of Agriculture (2012). 
 
 
Figura 1.7 Falla por deslizamiento de talud. U.S. Department of Agriculture (2012). 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
23 
 
 
Figura 1.8 Falla por erosión en el talud de la cortina aguas arriba. U.S. Department of Agriculture 
(2012). 
 
 
Figura 1.9 Falla por erosión del talud de la cortina aguas abajo. U.S. Department of Agriculture (2012). 
 
 
Figura 1.10 Falla por vegetación excesiva en la cortina. U.S. Department of Agriculture (2012). 
 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
24 
 
 
Figura 1.11 Falla por actividad de roedores. U.S. Department of Agriculture (2012). 
 
 
Figura 1.12 Falla por actividad de ganado. U.S. Department of Agriculture (2012). 
 
 
Figura 1.13 Falla por agrietamiento transversal. U.S. Department of Agriculture (2012). 
 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
25 
 
 
Figura 1.14 Falla por agrietamiento longitudinal. U.S. Department of Agriculture (2012). 
 
 
Figura 1.15 Falla por depresión en la corona. U.S. Department of Agriculture (2012). 
 
 
Figura 1.16 Falla por erosión interna. U.S. Department of Agriculture (2012). 
 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
26 
 
 
Figura 1.17 Falla por filtración a través de la cimentación. U.S. Department of Agriculture (2012). 
 
 
Figura 1.18 Falla por filtración en la ladera de la presa. U.S. Department of Agriculture (2012). 
 
 
Figura 1.19 Falla por socavación a la salida de la obra de toma. U.S. Department of Agriculture (2012). 
 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
27 
 
 
Figura 1.20 Falla por fractura en estructura de concreto o mampostería. U.S. Department of 
Agriculture (2012). 
 
 
Figura 1.21 Falla por erosión en el talón de la cortina. U.S. Department of Agriculture (2012). 
 
 
Figura 1.22 Falla por escombros o vegetación en vertedor. U.S. Department of Agriculture (2012). 
 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
28 
 
 
Figura 1.23 Falla por erosión en el vertedor. U.S. Department of Agriculture (2012). 
 
 
Figura 1.24 Falla por tubificación en una presa de Ohio. U.S. Department of Agriculture (2012). 
 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
29 
 
 
Figura 1.25 Falla por socavación al pie del vertedor. U.S. Department of Agriculture (2012). 
 
1.3 Fallas históricas, estado del arte 
“Nada en el mundo es más suave y flexible que el agua. Pero a la hora de afrontar lo fuerte y 
lo duro, nada puede superarla.” 
Lao Tse (640 a.C. – 531 a.C.) 
 
A continuación se presenta un listado de presas de diferentes tipos que han fallado 
en diferentes partes del mundo, donde se muestra la capacidad y la altura de cortina 
con la que fueron diseñadas, así como el número de fatalidades en cada uno. Para 
fines de comparación, se incluye la presa de estudio “El Rejón” en las gráficas. 
 
 
 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
30 
 
REGISTRO HISTÓRICO DE PRESAS FALLADAS EN EL MUNDO 
PRESA AÑO PAÍS FATALIDADES VOLUMEN 
(Hm3) 
ALTURA 
(m) 
Pantano de Puentes 1802 España608 63 56 
Dale Dike Reservoir 1864 Reino Unido 244 114 27 
South Fork Dam 1889 Estados Unidos 2209 20 22 
Mill River Dam 1874 Estados Unidos 139 2.32 13 
Walnut Grove Dam 1890 Estados Unidos 100 85 33 
Hauser Dam 1908 Estados Unidos 0 121 23 
Lake Toxaway Dam 1916 Estados Unidos 0 19 18 
Sweetwater Dam 1916 Estados Unidos 0 23 15 
Lower Otay Dam 1916 Estados Unidos 14 61.1 38 
Tigra Dam 1917 India 1000 4.8 24 
Gleno Dam 1923 India 356 5 46 
St. Francis Dam 1928 Estados Unidos 600 47 56 
Secondary Dam of Sella Zerbino 1935 Italia 111 18 47 
Vega de Tera 1959 España 144 8 33 
Malpasset 1959 Francia 423 50 102.5 
Panshet Dam 1961 Indonesia 1000 10.6 63.5 
Baldwin Hills Reservoir 1963 Estados Unidos 5 1.1 70.7 
Swift Dam 1964 Estados Unidos 28 42 48 
Pantano de Torrejón-Tiétar 1965 España 54 140 46 
Sempor Dam 1967 Indonesia 2000 57 58 
Banqiao and Shimantan Dams 1975 China 171000 492 116 
Teton Dam 1976 Estados Unidos 11 355.5 92 
Machchu-2 Dam 1979 Indonesia 5000 90 22.5 
Wadi Qattara Dam 1979 Libia 0 135 55 
Presa de Tous 1982 España 25 80 110 
Presa de Carsington 1984 Reino Unido 0 35 35 
Kantale Dam 1986 Sri Lanka 180 123 15 
Aznalcóllar 1998 España 0 6 24 
Zeyzoun Dam 2002 Siria 22 71 32 
Big Bay Dam 2004 Estados Unidos 0 17.5 15.5 
Situ Gintung 2009 Indonesia 98 2 16 
Kyzyl-Agash Dam 2010 Kazajistán 43 45 11 
Hope Mills Dam 2010 Estados Unidos 0 1 10 
Delhi Dam 24/07/2010 Estados Unidos 0 4.6 18 
Niedow Dam 07/08/2010 Polonia 1 30 30 
Ajka alumina plant accident 04/10/2010 Hungría 10 1.2 23 
Fujinuma Dam 11/03/2011 Japón 8 1.5 18.5 
Köprü Dam 24/02/2012 Turquía 10 93 109 
Tokwe Mukorsi Dam 04/02/2014 Zimbawe 0 1.75 90.3 
Bento Rodrigues 05/11/2015 Brasil 24 60 75 
Sparmos Dam 27/03/2016 Grecia 0 3.5 18 
Presa Rejón -- México -- 6 33 
Tabla 1.1 Registro histórico de presas falladas. 
 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
31 
 
 
Antes de 1900 1900-1950 1951-1999 2000 a la fecha “El Rejón” 
Gráfica 1.1 Registro de presas falladas en el mundo organizadas por fecha del evento. 
 
 
FATALIDADES: 0 1-100 101-1,000 > 1,000 “El Rejón” 
Gráfica 1.2 Registro de presas falladas en el mundo organizadas por número de fatalidades. 
1
10
100
1000
1 10 100 1000
A
lt
u
ra
 d
e
 l
a
 c
o
rt
in
a
 (
m
)
Volumen de almacenamiento (Hm3)
1
10
100
1000
1 10 100 1000
A
lt
u
ra
 d
e
 l
a
 c
o
rt
in
a
 (
m
)
Volumen de almacenamiento (Hm3)
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
32 
 
 
Figura 1.26 Fallas de presas en Estados Unidos según su fecha y asociado al número de víctimas 
fatales del evento. Halgren J. (2010). 
 
PRESAS EN MÉXICO 
Existen más de 4,462 presas en México, de las cuales 667 están clasificadas como 
grandes presas (altura de la cortina superior a los 15 metros), de acuerdo con la 
definición de la Comisión Internacional de Grandes Presas (ICOLD, por sus siglas 
en inglés). 
La capacidad de almacenamiento de las presas del país es de aproximadamente 150 
mil millones de metros cúbicos. Mientras que el volumen almacenado en 98 de las 
principales presas en el año 2010 es de aproximadamente 106 mil millones de metros 
cúbicos. Este volumen depende principalmente de los escurrimientos que entran al 
vaso de almacenamiento. 
Son 116 presas principales (Figura 1.27) las que representan casi el 79% de la 
capacidad total de almacenamiento del país (CONAGUA, 2012). 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
33 
 
 
Figura 1.27 Ubicación geográfica de las 116 principales presas de México, que representan casi el 
79% de la capacidad total de almacenamiento a nivel nacional. CONAGUA (2012). 
 
FALLAS HISTÓRICAS EN PRESAS DE TIERRA 
Quizá el evento de este tipo más estudiado de la historia es la falla de la presa Teton 
en Estados Unidos, con 93 metros de altura y con una capacidad de almacenamiento 
de 355,550,000 m3, ubicada en el rio Teton en el estado de Idaho. La construcción de 
esta presa fue finalizada en Noviembre de 1975 y tras una falla en la unión de la 
cortina con una de las márgenes, se produjo el 5 de Junio de 1976 su rompimiento y 
desagüe del embalse, cobrando la vida de 14 personas y cerca de 1 millón de dólares 
en reconstrucción e indemnizaciones. 
 
 
Presa El Rejón 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
34 
 
Figura 1.28 Vista del rompimiento de la presa Teton en Junio de 1976. Department of Earth Science, 
University of California (1976). 
Otro caso más reciente fue la rotura de la presa de residuos mineros que ocasionó 
una avalancha de lodo sobre el distrito de Bento Rodrigues, en la ciudad de Mariana 
en Brasil. Hasta la fecha se desconocen las causas que hicieron fallar la presa que 
contenía 62 millones de metros cúbicos de agua y residuos minerales. Miles de 
toneladas de lodo arrasaron con la población de unos 600 habitantes, las cifras 
oficiales son de 17 fallecidos, 11 desaparecidos y 75 heridos, además de millones de 
dólares en pérdidas económicas y en daños ambientales. 
 
Figura 1.29 Vista del rompimiento del dique de Minas Gerais en Mariana, Brasil. Globo News (2015). 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
35 
 
 
 
Figura 1.30 Falla de presa por tubificación en Walla Walla County. Washington State Department of 
Ecology (1993). 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
36 
 
 
Figura 1.31 Falla de presas e inundaciones en Carolina del Sur. National Geographic (2015). 
 
 
CAPÍTULO 1 – Modos de falla en presas 
 
37 
 
Otro ejemplo se pudo observar durante el mes de octubre de 2015 en Carolina del 
Sur. En este caso, las lluvias torrenciales provocaron fallas en al menos una docena 
de presas y diques. 
 
Figura 1.32 Precipitación acumulada del 1 al 6 de octubre de 2015 en Carolina del Sur. The Weather 
Channel (2015).
CAPÍTULO 2 – Estrategias para la gestión de inundaciones 
 
38 
 
2. Estrategias para la gestión de inundaciones 
 
2.1 México: El Plan Hídrico Integral de Tabasco 
En el año 2007 ocurrió la peor inundación registrada en el estado de Tabasco, a partir 
de la tercera semana del mes de octubre y durante el mes de noviembre, debido a 
varias depresiones tropicales y frentes fríos en el sureste del país, se presentaron 
precipitaciones acumuladas atípicas que trajeron consigo el desbordamiento de 
varios ríos de la región, tales como el Grijalva, Carrizal y La Sierra. 
El rompimiento de bordos de protección con los que se contaba, en conjunto con 
malas decisiones de infraestructura, trajeron como desenlace que se inundara el 80% 
de la ciudad de Villahermosa y que se quedara incomunicada debido a la afectación 
en las vías de comunicación. Las inundaciones en algunas regiones de Chiapas y 
gran parte de Tabasco dejaron un daño económico que se estimó en 700 millones de 
dólares y un millón de personas afectadas (CONAGUA-PHIT, 2012). 
Ante estos eventos, se tuvo la necesidad de elaborar un “Plan Hídrico Integral para 
Tabasco” (PHIT), el cual se acordó por la CONAGUA (2008) la intervención del 
Instituto de Ingeniería de la UNAM para la ejecución de dicho plan; como parte de 
las acciones se contempló un Plan de Acción Urgente (PAU) y un Plan de Acción 
Inmediato (PAI). 
El Instituto de Ingeniería (II) de la UNAM ha realizado a través de varios años, 
diferentes estudios de la zona, entre estos estudios se tiene el de Maza (1997), quién 
tras identificar las condiciones de la cuenca Grijalva-Usumacinta y la estructura 
existente, propuso la selección de alternativas contra inundaciones a nivel de gran 
visión. 
Los responsables del proyecto por parte del Instituto de Ingeniería son: 
Director Ejecutivo Dr. Fernando González Villareal 
Hidrología Dr. Ramón Domínguez Mora 
Hidráulica Fluvial Dr. Jesús Gracia Sánchez 
Hidráulica e Hidrodinámica Dr. Oscar A. Fuentes Mariles 
Geotecnia Dr. Auvinet Guichard 
Estructuras Dr. Meli Piralla 
CAPÍTULO 2 – Estrategiaspara la gestión de inundaciones 
 
39 
 
Las acciones propuestas en el PHIT que se dividen en estructurales y no 
estructurales son las siguientes: 
 DESCRIPCIÓN MEDIDA ESTRUCTURAL MEDIDA NO ESTRUCTURAL 
H
ID
R
O
LO
G
ÍA
 
 
 Ubicación geográfica 
 Eventos 
hidrometeorológicos 
extremos 
 Presencia de huracanes 
 
 Instrumentación 
 Sistema de monitoreo 
 Medición en tiempo real 
 Uso de radar 
 Reforestación 
 
 Pronóstico 
 Sistema de alerta 
 Políticas operativas en presas 
 Gestión de crecidas 
 Determinación de escalas críticas 
en cauces 
IN
FR
A
ES
TR
U
C
TU
R
A
 
 Modificación de la 
hidrología debido a bordos 
y caminos que interrumpen 
el drenado natural de la 
cuenca 
 Infraestructura incompleta 
 Mantenimiento deficiente 
 Operación empírica 
 “Diseño emergente” 
 
 Readaptación del sistema de 
drenaje superficial 
 Rehabilitación de 
infraestructura 
 Construcción de protección a 
centros de población 
 Mantenimiento 
 Ingeniería básica 
 
 Programa de supervisión y 
mantenimiento 
 Revisión de los criterios de diseño 
 Supervisión adecuada en la 
construcción 
 Manual operativo 
 Asignación clara de 
responsabilidades 
 Evaluación de la interacción 
infraestructura-medio ambiente 
O
R
D
EN
A
M
IE
N
TO
 
TE
R
R
IT
O
R
IA
L 
 Ubicación de personas en 
las márgenes de los ríos 
 Construcción de viviendas 
en zonas de regulación 
 Regulación inadecuada 
 
 Reubicación 
 Delimitación de zonas 
federales 
 Delimitación de zonas 
protegidas 
 Delimitación de zonas de 
regulación y humedales 
 Reglamentos 
 Leyes 
 Supervisión 
 Programas de protección civil 
Tabla 2.1 Acciones estructurales y no estructurales consideradas en el Plan Hídrico Integral de 
Tabasco. Carrillo – Sosa (2009). 
 
2.2 Países Bajos: The program Room for the River 
Como es sabido, gran parte del territorio de los Países Bajos se encuentra abajo del 
nivel del mar. 
En el año 1993 y 1995, el nivel de los ríos se elevó peligrosamente dando así paso a 
la creación de un programa elaborado por el gobierno de los Países Bajos llamado 
“Room for the River”; en 1995 cerca de 250,000 personas y más de un millón de 
animales tuvieron que ser evacuados. El presupuesto para este programa se concretó 
en los 2.3 billones de euros y su inició fue en el año 2007, teniendo su final en el 2015. 
CAPÍTULO 2 – Estrategias para la gestión de inundaciones 
 
40 
 
Los cauces principales en que se trabajó fueron: Rhine, IJsell, Lek y Waal, en los que 
se trabajó en más de 34 ubicaciones para ampliar o modificar sus cauces y dar mayor 
espacio a sus corrientes. Los responsables en conjunto de este programa son las 
localidades, municipalidades, autoridades en temas del agua y la Dirección General 
para Trabajos Públicos y Manejo del Agua. 
Los principales objetivos trazados contemplaron el hacer las riberas de los cauces 
más seguros, dando a su vez mayor espacio para su corriente, como el caso del rio 
Rhine donde se contempló que circulara un gasto de 16,000 m³/s hacia el mar con la 
mayor seguridad posible; esto significa que se aumentó en más de 1,000 m³/s la 
capacidad del rio. Además se implementó el crear atractivos naturales en las 
riberas, con ello se creó una oportunidad de tener espacios de calidad para turistas 
y locales en donde existen áreas recreacionales que fomentan actividades 
económicas. 
La protección ante el aumento del nivel del agua para los más de cuatro millones de 
habitantes que viven en las zonas potencialmente peligrosas es fundamental, el 
impacto ha sido reubicar 150 casa y 40 centro de negocio para generar el espacio 
adicional necesario para los cauces y hacerlo más seguro para los habitantes. El 
resultado brindó mejores planicies de inundación y un cauce mejor trazado, se 
trabajó con medidas tanto estructurales como no estructurales para crear un 
programa funcional y único en el mundo. 
 
EXCAVACIÓN EN PLANICIES DE INUNDACIÓN 
 
Removiendo capas de suelo en ciertas partes de las 
planicies de inundación, se creó mayor espacio para 
cuando se eleven los niveles de los ríos. 
REUBICACIÓN DE DIQUES 
 
Los diques que se encontraban en las riberas de los ríos, 
se reubicaron alejándolos de las márgenes para dar 
mayor espacio a una crecida. 
INCREMENTO DE DIQUES 
 
EXCAVACIÓN EN EL LECHO DEL RIO 
 
CAPÍTULO 2 – Estrategias para la gestión de inundaciones 
 
41 
 
El incremento en el tamaño de los diques se realizó en 
aquellas ubicaciones donde no era posible crear mayor 
espacio en el cauce. 
Se excavó en el lecho del río para tener una plantilla 
más baja y con ello una mayor capacidad de captación 
en el cauce. 
ALMACENAMIENTOS DE AGUA 
 
Como resultado de una combinación controlada de 
compuertas cerradas y los grandes volúmenes del rio 
fluyendo hacia el mar, existen áreas que sirven como 
almacenamientos temporales de agua. 
CANALES AUXILIARES 
 
Un canal auxiliar está formado entre dos diques, este se 
ramifica por fuera del rio y transporta algo del caudal 
por otra ruta cuando crece el nivel del agua. 
DISMINUCIÓN DE ESPIGONES 
 
Los espigones sirven para asegurar que el rio no 
modifique su curso o pierda profundidad, sin embargo, 
cuando crece el cauce hace más lento su flujo. Al 
disminuirlos, existe la posibilidad de que fluya con 
mayor rapidez. 
REMOCIÓN DE OBSTÁCULOS 
 
Donde sea posible, remover o rediseñar los obstáculos 
en la ribera o planicie de inundación que asegure que 
el agua fluye con mayor velocidad. 
Tabla 2.2 Medidas estructurales tomadas en cuenta en el programa “Room for the River”. 
UNESCO-IHE (2013). 
 
2.3 Reino Unido: Making Space for Water 
Recientes eventos de inundación, tales como los de 1998 y 2000 y más recientes en 
Carlisle, han evidenciado la necesidad por parte del gobierno de desarrollar una 
estrategia exhaustiva, integrada y pensando a largo plazo en la gestión de riesgos 
por futuras inundaciones y erosión costera en Inglaterra. Esto provocó que el 
gobierno publicara el documento “Making space for water” el 29 de Julio del 2004. 
Ahora existe una reacción gubernamental que contempla la agenda futura sobre 
cómo implementar nuevas estrategias para los próximos 20 años y más allá. 
El documento contiene un programa de trabajo que abarca diferentes aspectos en la 
gestión del riesgo por inundación y erosión costera, incluyendo la forma en que se 
evalúan los riesgos, el enfoque en los asuntos de drenaje urbano, la forma de 
CAPÍTULO 2 – Estrategias para la gestión de inundaciones 
 
42 
 
gestionar las inundaciones y erosión costera, como dar a conocer y brindar apoyo a 
las personas en situación de riesgo. 
En un enfoque más integral, se estarán tomando acciones para asegurar la 
adaptabilidad al cambio climático que es una parte importante de las decisiones a 
tomar en el tema de inundaciones y erosión costera. Se involucrará a todos los 
interesados en todos los niveles para lograr un mejor equilibrio entre los tres pilares 
del desarrollo sustentable (económico, social y medioambiental). 
El manejo de la información es clave para mejorar en el manejo de riesgos, se incluirá 
la erosión costera en los mapas de riesgo para determinar un alcance de trabajo con 
el objetivo de incluir otras fuentes de riesgo (agua subterránea, drenaje urbano y 
flujo superficial); se empleará una serie de técnicas para tener en cuenta las 
consecuencias ambientales y sociales. 
También se tomará en consideración el pilar social de desarrollo sustentable, 
extendiendo las herramientas del manejo de riesgos con: 
 Expandiendo las tareas de alerta y sensibilización contra inundaciones. 
 El fomento a las medidas para mejorar la resistencia y la resiliencia a las 
inundaciones, incluyendo el alcance de los trabajos en el desarrollo y entrega 
de un piloto que ayude directamente a los individuos. 
 Trabajando para mejorar la base de evidencias en el caso de erosión costera e 
investigarlas implicaciones prácticas de un portafolio más amplio de 
herramientas (esto es en respuesta a las sugerencias hechas durante la 
consulta del documento “Making space for water” donde se necesitaron nuevas 
herramientas para ayudar a las comunidades costeras a adaptarse a una costa 
en constante cambio). 
Las principales directrices en el documento son: Planeación en el Uso de Suelo, 
Asuntos Rurales, Manejo Integral del Drenaje Urbano y Asuntos Costeros; todos los 
documentos, minutas, ejercicios y reportes están disponibles para su consulta en 
www.defra.gov.uk/environ/fcd/policy/strategy.htm. Se han recibido 268 
respuestas formales al ejercicio de consulta de una amplia variedad de 
organizaciones interesadas, empresas y particulares. 
Esta primera respuesta por parte del gobierno de “Making space for water” propone 
incorporar cinco principios establecidos en el manejo de inundaciones y erosión 
costera en una estrategia sustentable de desarrollo y son: 
 
http://www.defra.gov.uk/environ/fcd/policy/strategy.htm
CAPÍTULO 2 – Estrategias para la gestión de inundaciones 
 
43 
 
 Viviendo dentro de los límites ambientales. 
 Asegurando una sociedad fuerte, saludable y justa. 
 Logrando una economía sustentable. 
 Promoviendo buena gobernanza. 
 Usando la ciencia con prudencia y responsabilidad. 
La gestión de riesgos por inundación y erosión costera están claramente incluidos 
en una serie de políticas del gobierno que abordan la planificación, desarrollo 
urbano y rural, agricultura, transporte, conservación de la naturaleza y conservación 
del medio ambiente histórico. 
 
2.4 Modelado de inundaciones por rotura de presa 
La superficie de inundación provocada por la rotura de una presa puede variar 
considerablemente en función de las características de la región agua debajo de la 
cortina y de sus condiciones iniciales. Factores tales como la resolución y calidad del 
modelo digital de elevación, el hidrograma de salida generado por la rotura de la 
presa, los parámetros físicos de la región inundable, entre otros, definirán la 
magnitud de su impacto en la zona afectada. 
En general, existen tres posibles escenarios de rotura de una presa, siendo necesario 
modelar el comportamiento hidráulico del fenómeno para poder conocer sus 
posibles afectaciones aguas debajo de la cortina: 
 Rotura sin crecida. Se asume que el embalse se encuentra en su nivel máximo 
ordinario (NAMO), siendo las condiciones de desagüe de la presa las 
correspondientes a dicho nivel. 
 Rotura con crecida. Se asume que la rotura se produce cuando llega una 
crecida al embalse y la elevación de éste coincide con el nivel extraordinario 
de la presa (NAME). La crecida que se selecciona para el análisis es la mayor 
de las dos siguientes: 1) la avenida de diseño del vertedor; 2) si existe una 
presa aguas arriba, el hidrograma procedente de la rotura de dicha presa. 
 Rotura de compuertas. Éste es un escenario que sólo ha de considerarse 
cuando se tenga un vertedor con compuertas; en dicho caso, se asume que el 
embalse se encuentra en el nivel máximo ordinario y que las compuertas 
fallan de forma secuencial en un tiempo total inferior a 10 minutos. 
 
 
CAPÍTULO 2 – Estrategias para la gestión de inundaciones 
 
44 
 
MODELACIÓN HIDRÁULICA DE LA ROTURA 
La modelación hidráulica de la rotura de una presa consiste en tres fases: 1) 
estimación de los parámetros de la brecha de rotura (dimensiones y tiempo de 
formación); 2) cálculo del hidrograma resultante de la rotura; y 3) tránsito de la onda 
de flujo aguas abajo de la presa. 
Existen más de 25 modelos para modelar el proceso rotura -tránsito del hidrograma- 
(ICOLD, 1998), los cuales pueden agruparse en las siguientes categorías: 
 Modelos con base física. Estiman el desarrollo de la brecha y el hidrograma 
resultante de la rotura mediante ecuaciones de erosión basadas en principios 
hidráulicos, el transporte de sedimentos y la mecánica de suelos. 
 Modelos paramétricos. Predicen la geometría de la brecha y su tiempo de 
rotura con ecuaciones empíricas desarrolladas a partir de datos de casos 
reales de rotura. La evolución de la brecha se simula de manera lineal, y el 
hidrograma se obtiene mediante ecuaciones hidráulicas. 
 Modelos empíricos. Estiman directamente el caudal pico del hidrograma 
provocado por la rotura, en función de datos como el volumen del embalse, 
la altura de la presa, entre otros, asumiendo una determinada forma para el 
hidrograma. 
 
INFORMACIÓN REQUERIDA PARA LA MODELACIÓN 
Los datos básicos necesarios para cualquier modelo hidráulico de rotura de presas, 
en condiciones de flujo variable, corresponden a cada una de las tres fases en la que 
se puede caracterizar el problema de la rotura: brecha, hidrograma derivado de una 
rotura y tránsito del hidrograma. El modelado de la brecha depende del tipo de 
material, composición, granulometría, límites elásticos y plásticos, ángulo de 
fricción o reposo, entre otros, mientras que el modelado del hidrograma generado 
por la rotura y su propagación agua abajo considerará los siguientes aspectos: 
 Datos relativos al vaso de almacenamiento. Nivel al inicio de la rotura, curva 
elevación-área-volumen, hidrograma de entrada, hidrograma de salida. 
Algunos modelos requieren las curvas de calibración de las estructuras de 
evacuación de caudal (vertedores, desfogues, tomas, etc.). 
 Datos relativos a la cortina. Altura o cotas de coronación, longitud de la 
cortina, coeficiente de vertimiento, geometría de la sección transversal del 
cauce en la que se sitúa la presa. 
CAPÍTULO 2 – Estrategias para la gestión de inundaciones 
 
45 
 
 Datos relativos al cauce. Geometría (secciones transversales), factores de 
rugosidad, coeficientes de expansión y contracción, factores de sinuosidad, 
geometría y ubicación de estructuras de cruce (puentes, alcantarillas, etc.), 
condiciones existentes en el cauce aguas abajo de la cortina (curva caudal-
nivel y nivel de flujo preestablecido). La longitud total de cauce dependerá 
de la zona de interés que pueda ser afectada. 
 
MAPAS DE RIESGO POR INUNDACIÓN 
El mapa de inundación constituye el producto final del análisis de rotura de presa y 
es la información de mayor interés de los organismos encargados de gestionar la 
alerta temprana y evacuación de la población en riesgo. Es por ello que resulta 
necesario proveer la mejor información posible para la toma de decisiones. En caso 
de inundación por rotura de presa (Morris y Galland, 2000), sugieren tener en cuenta 
los siguientes criterios en la elaboración de dichos mapas: 
 Escala. En planes de emergencia, los principales usuarios de los mapas serán 
los organismos encargados de la protección de la población (por ejemplo, 
Protección Civil), por lo que los mapas deberán estar elaborados sobre 
cartografía oficial actualizada, mostrando claramente los sitios potenciales de 
afectación y el acceso a ellos. Para zonas urbanas se recomienda una escala de 
al menos 1:10.000, aunque para fines de esquematización del área total de 
inundación, la escala puede ser de menor detalle (1:25.000 o 1:50.000), 
dependiendo de la extensión total inundada. 
 Esquema del área inundable. El polígono de inundación debe estar 
claramente delimitado, de tal forma que su extensión y límites se distingan a 
primera vista. Es recomendable no incluir en un mismo mapa distintas franjas 
de inundación correspondientes a diferentes hipótesis de rotura, para no 
crear confusión. 
 Uso del color. El color suele mejorar la apariencia de los mapas y su lectura, 
pero es conveniente conocer su aspecto una vez fotocopiados y repartidos a 
la población. 
 Información proporcionada. Los mapas deben contener toda la información 
relativa al área de inundación (tirante y velocidad), y las afectaciones 
potenciales, demarcando las infraestructuras viales que quedarían fuera de 
servicio. 
CAPÍTULO 2 – Estrategias parala gestión de inundaciones 
 
46 
 
En cuanto a los contenidos básicos de los mapas de inundación, es conveniente que 
se consideren los siguientes: 
 Área de inundación. Corresponde a la envolvente de niveles máximos de 
inundación ante un escenario de rotura. 
 Parámetros hidráulicos. El mapa debe llevar una tabla en la que se 
especifiquen los valores máximos en las diferentes secciones transversales del 
cauce tales como: caudal, tirante, velocidad, tiempo de llegada del caudal 
máximo y tiempo de llegada del nivel máximo. 
 Afectaciones potenciales. Deben identificarse los distintos tipos de 
afectaciones provocadas por la rotura de la presa: núcleos urbanos, 
infraestructuras viales, presas aguas abajo de la zona afectada, obras de cruce 
del cauce (puentes, vados, alcantarillas, etc.), edificaciones industriales 
(plantas termoeléctricas, hidroeléctricas, de tratamiento de aguas residuales, 
de potabilización de agua, industrias químicas, etc.), edificaciones 
comunitarias (escuelas, hospitales, asilos, cementerios, parques, zonas 
deportivas, etc.). 
 Parámetros de valoración de afectaciones. Dado que la gravedad de las 
afectaciones normalmente se determina en función de los valores máximos 
de velocidad y profundidad de flujo, es conveniente presentar en los mapas 
de inundación una tabla con los valores de esos parámetros en cada sitio de 
afectación. En ella debe aparecer también el tiempo posterior a la rotura en 
que comienza y termina la inundación en cada sitio y los tiempos en que se 
dan los valores máximos de caudal y tirante. 
 Tiempos de avance de la onda. Conviene delimitar la posición del nivel 
máximo alcanzado cada cierto intervalo de tiempo. 
 
ESTIMACIÓN DE AFECTACIONES 
Es conveniente establecer distintos tipos o categorías de afectaciones, con el fin de 
priorizar las actuaciones del plan de emergencia en materia de protección y 
evacuación. Una posible categorización de los impactos puede ser la siguiente: 
 Núcleos urbanos. Grupos de más de diez edificaciones con calles, plazas y 
vías urbanas. 
 Edificaciones dispersas. Casas normalmente en campo abierto habitadas 
permanentemente o temporalmente. 
CAPÍTULO 2 – Estrategias para la gestión de inundaciones 
 
47 
 
 Servicios esenciales. Son aquéllos necesarios en las actividades básicas de la 
población: sistemas de abastecimiento de agua potable, tratamiento de aguas 
residuales, suministro de energía, red de drenaje, sistemas de comunicaciones 
y de transporte. 
 Bienes materiales. Hacen referencia a industrias, zonas agrícolas, y otro tipo 
de infraestructura. 
 Bienes ambientales. En esta categoría se incluyen espacios naturales 
protegidos, parques nacionales, reservas ecológicas, y en general todos 
aquellos elementos y territorios que gocen de alguna figura legal de 
protección. 
 Otras afectaciones. En esta categoría se incluyen las afectaciones que no sean 
clasificables en las categorías anteriores, por ejemplo, plantas químicas, 
centrales nucleares, presas aguas abajo de la presa analizada. 
 
La localización y clasificación de las afectaciones se deduce de los mapas de 
inundación y de visitas de campo. Después de que se demarque el área inundable 
sobre la cartografía oficial a escala adecuada, se hace un inventario de todos los sitios 
o puntos clasificables en las categorías anteriores, que están total o parcialmente 
incluidos en dicha área. Posteriormente, se asigna para cada elemento afectado los 
valores máximos de velocidad y profundidad de flujo, a partir de los resultados de 
la modelación hidráulica. Lo mismo se hace con los tiempos de respuesta, inicio y 
fin de inundación. 
 
2.5 Incertidumbre asociada al modelado de 
inundaciones 
La incertidumbre, definida como “la imperfección en el conocimiento sobre los 
estados o los procesos de la naturaleza” (FAO, 1995) es una característica 
prevaleciente en la modelación de sistemas ambientales. Para el caso de las 
inundaciones, la incertidumbre estadística es “la aleatoriedad o el error proveniente 
de varias fuentes”, como lo puede ser el uso de una metodología estadística. 
Existen varios tipos de incertidumbre en el modelado de inundaciones tales como: 
incertidumbre en las mediciones, incertidumbre los procesos, incertidumbre en la 
modelación e incertidumbre en la percepción de los resultados. 
Los factores que determinan la incertidumbre en los resultados finales de una 
modelación de inundación por rotura de presa son los siguientes: 
CAPÍTULO 2 – Estrategias para la gestión de inundaciones 
 
48 
 
 Condiciones del embalse al momento de la falla. La capacidad en la que se 
encuentra el vaso al momento de la falla es el primer paso en el análisis, de 
este dependerá el volumen total que fluya aguas abajo y, en conjunto con la 
evolución de la brecha por donde egresa el agua del embalse, proporcionará 
el gasto de salida. 
Otro aspecto importante, es la existencia del gasto de entrada al vaso en el 
momento de la rotura, aunque si es mínimo en comparación al gasto de salida 
(menor a 5%), se puede despreciar. También hay que considerar que si al 
momento de la falla, los vertedores se encuentran en funcionamiento, este gasto 
se sumará al de salida por la brecha. 
 Determinación de la brecha de falla. Es quizá el parámetro más variable en 
la modelación, porque se desconoce la geometría, su desarrollo y el tiempo 
de falla; todo ello está en función de la granulometría de la cortina, la 
mecánica del suelo, la compactación, así como el debilitamiento de la cortina 
por agentes externos (fauna nociva, avenidas extremas, sismos, hundimiento 
de la cimentación, actividades antropogénicas) 
 Determinación de los hidrogramas de salida. Existen varios autores que 
proporcionan métodos para conocer el gasto pico y algunos otros el tiempo 
pico de la falla, además se han desarrollado modelos empíricos y físicamente 
basados que arrojan el hidrograma completo en cada instante de la falla, pero 
el nivel de dispersión generado con las diferentes metodologías provoca una 
gran incertidumbre en todo el análisis. 
 Elección del Modelo Digital de Elevación. Se tienen distintas fuentes de 
información para obtener el Modelo Digital de Elevación que representará la 
topobatimetría del cauce y la topografía de la zona urbana; por ejemplo, en 
México una de las mejores opciones existentes es la información de tipo Light 
Detection Imaging and Ranging o Laser Imaging Detection and Ranging (LIDAR) 
que cuenta con una resolución espacial de 5 metros, pero 
desafortunadamente no todo el territorio nacional cuenta con esta 
información. Otra fuente de INEGI, es el modelo continuo de elevaciones de 
15 metros de resolución, aunque estos valores son una interpolación de los 
valores obtenidos del modelo continuo de elevaciones a 30 metros. Una 
fuente adicional de topografía digital basada en información satelital son los 
productos ASTER GDEM (ASTER es el nombre del radiómetro y GDEM es 
Global Digital Elevation Model por sus siglas en inglés) y el Shuttle Radar 
CAPÍTULO 2 – Estrategias para la gestión de inundaciones 
 
49 
 
Topography Mission (SRTM), ambos con una resolución espacial de 30 metros. 
Adicionalmente, información topográfica de alta resolución mediante 
tecnología LIDAR, permite mejorar la nitidez del modelo digital de elevación, 
aunque la cantidad de información a gran escala requiere cantidades 
significantes de procesamiento para su uso en estudios de modelación 
hidrológica e hidrodinámica. 
 Elección del software para realizar la simulación de la inundación: 
NOMBRE CARACTERÍSTICAS DESARROLLADOR CONSIDERACIONES 
HEC-RAS 
HEC-HMS 
1D y 2D (reciente) y 
Tool GeoRAS para 
SIG 
U.S. Army Corp 
Usualmente usado para 
cauces naturales y 
revestidos 
IBER 
2D, resuelve flujo 
turbulento a 
superficie libre en 
flujo no permanente 
Instituto Flumen 
Universidad 
Politécnica de 
Cataluña 
Resuelve ecuacionesde 
aguas someras 
bidimiensionales en 
profundidad (Ec. de St. 
Venant 2D) 
LISFLOOD 
2D, resuelve 
inundaciones en 
planicies 
Escuela de Ciencias 
Geográficas de la 
Universidad de 
Bristol 
Alta eficiencia 
computacional sobre 
topografía compleja 
MIKE 
2D y 3D, cuenta con 
varias extensiones 
para casos 
particulares 
DHI 
Cuenta con múltiples 
herramientas y la más 
avanzada tecnología en 
programación 
Tabla 2.3 Programas para modelar inundaciones en simulación hidráulica o hidrodinámica 
Los diferentes escenarios de inundación se encuentran en función de la probabilidad 
derivada de los diferentes rangos de condiciones iniciales y parámetros de los 
modelos utilizados. El rango probabilístico de resultados se representa en un mapa 
de amenaza por inundación como se muestra en la Figura 2.1. 
CAPÍTULO 2 – Estrategias para la gestión de inundaciones 
 
50 
 
 
Figura 2.1 Mapa de peligro por inundación para la ciudad de Carlisle, UK en función de su 
probabilidad. SSBN Co. (2015).
CAPÍTULO 3 – Formación de brechas en cortinas de tierra 
 
51 
 
3. Formación de brechas en cortinas de tierra 
 
3.1 Erosividad en cortinas de tierra 
Los suelos están formados por un conjunto de partículas cuyo tamaño puede variar 
en un intervalo muy amplio, que va desde los cantos rodados, con más de 15 cm de 
diámetro, hasta las partículas de arcilla coloidal, con menos de dos micras (10-6). 
Entre estos extremos se encuentran partículas de tamaños intermedios que se 
clasifican principalmente como gravas, arenas, limos y arcillas. 
Las propiedades mecánicas e hidráulicas de los suelos son el resultado de la 
interacción entre sus partículas. Esta interacción depende de: 
 La granulometría, dada por las proporciones relativas de los diferentes 
tamaños de las partículas. 
 La plasticidad, que es una propiedad físico-química de las partículas 
coloidales contenidas en la fracción más fina del suelo, constituida por 
partículas menores que 0.074 mm; este es el intervalo de tamaños asignado a 
limos y arcillas. 
En el muestreo de una presa de tierra se debe de tomar en consideración ciertas 
dimensiones como recomendación para la exploración en un corte, relleno o cortina 
de tierra (Figura 3.1). 
 
 
L: Longitud horizontal del talud 
H: Altura del talud 
Z: Profundidad mínima de exploración (1.25L) 
Figura 3.1 Profundidad mínima para cortes, rellenos y presas de tierra. CFE-IIUNAM (2015). 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 3 – Formación de brechas en cortinas de tierra 
 
52 
 
PROBLEMAS ASOCIADOS A LOS SUELOS DISPERSIVOS 
Los problemas ocasionados por los suelos dispersivos en cortinas de tierra están 
asociados a la erosión interna del material o tubificación. Este fenómeno suele 
manifestarse en el terreno de cimentación de presas, diques o canales. La tubificación 
se origina por un fuerte gradiente hidráulico que arrastra las partículas del suelo 
formando un túnel que se propaga de aguas arriba a aguas abajo. La turbiedad del 
agua es una manifestación del arrastre de partículas de suelo. 
En presas y diques, la mayoría de las fallas asociadas con arcillas dispersivas ocurren 
durante el primer llenado de la obra. Debido a eso, si no se construyen filtros o si 
están mal diseñados es difícil contener el arrastre de los suelos producto de la 
erosión. 
Las zonas donde se puede iniciar un proceso de tubificación son aquellas donde 
existen grietas preexistentes (por secado, por tensión o por asentamientos 
diferenciales); también en los contactos defectuosos entre el suelo y tuberías, muros 
u otras estructuras de concreto en la interfaz de una cimentación en roca. 
Cuando ocurre un caso tubificación bajo el efecto del flujo de agua, el esfuerzo 
vertical del suelo se reduce considerablemente, el esfuerzo efectivo se aproxima a 
cero y el suelo se encuentra eventualmente en un estado de flotación. Si el flujo de 
agua es divergente, además de presencia de grietas, ocurre el fenómeno de 
fracturamiento hidráulico lo cual provoca que se propaguen las grietas. 
 Cuando las arcillas dispersivas se utilizan como material de construcción se 
presentan otro tipo de problemas asociados al arqueo, el agrietamiento y el flujo de 
agua. A continuación se presentan algunos ejemplos: 
 El arqueo se presenta en zonas cercanas a las tuberías, a estructuras de 
concreto y a laderas con pendientes fuertes. Este efecto se minimiza 
escalonando las laderas, con la compactación manual de las zonas de contacto 
con las estructuras o colocando mezclas de suelo-cemento o concreto simple 
como separación entre la estructura y el suelo. 
 Los agrietamientos se evitan mediante el control de asentamientos totales o 
diferenciales excesivos. La estimación de asentamientos se realiza en la etapa 
de diseño de estas estructuras tomando en cuenta el proceso constructivo, los 
efectos bidimensionales o tridimensionales y la influencia de la 
compactación. También se pueden presentar agrietamientos por secado, los 
cuales se minimizan controlando el espesor de las capas de compactación y 
CAPÍTULO 3 – Formación de brechas en cortinas de tierra 
 
53 
 
el tiempo de colocación de las capas. Si los agrietamientos se presentan en 
una cimentación rocosa se pueden sellar con concreto lanzado. 
 El mejoramiento con cal de los suelos dispersivos usados en construcción 
puede ser una alternativa que se debe evaluar desde el punto de vista 
económico. Para ellos, es importante seleccionar las zonas más críticas para 
la utilización de los materiales mejorados, como los lugares donde se 
concentra el flujo de agua (por ejemplo: alrededores del portal de salida de 
conductos, interfaz de una cimentación rocosa y una estructura rígida, zonas 
de agrietamiento potencial por tensión, aguas abajo de un corazón de arcilla 
impermeable, zonas aguas arriba de filtros que son colocados aguas abajo) y 
así reducir costos. 
 Para la compactación de estos materiales, la incorporación del agua en la 
preparación del suelo debe ser uniforme, evitando la concentración localizada 
del agua. Es deseable que se humedezca el suelo en áreas del banco de 
préstamo por el método de inundación o de riego. También se debe evitar que 
en los materiales de préstamo se tengan cantidades excesivas de gravas y 
arenas o bajos porcentajes de partículas finas. Para reducir el potencial de 
agrietamiento, se recomienda mantener la humedad de compactación por 
arriba del contenido de agua óptimo y posteriormente compactar en capas 
delgadas mediante tambores neumáticos. El periodo de curado recomendable 
para los suelos dispersivos compactados es de tres a cuatro semanas 
dependiendo del contenido natural de agua. 
 En presas, el comportamiento de estructuras construidas con estos materiales 
se debe monitorear cuidadosamente durante el primer llenado mediante 
parámetros básicos como niveles de agua, las presiones de poro y filtraciones 
utilizando instrumentación geotécnica. 
 
IDENTIFICACIÓN EN CAMPO 
Los problemas en suelos dispersivos se presentan normalmente en suelos formados 
en climas áridos y semiáridos y en zonas de suelos alcalinos, con pocos registros en 
climas húmedos. 
Los suelos dispersivos pueden identificarse en el campo a partir de reconocimientos 
visuales de la zona, buscando indicios tales como: 
 Erosión visible en taludes expuestos en carreteras o huecos longitudinales a 
lo largo del cauce en corrientes naturales de agua o en cortes naturales o 
excavaciones. 
CAPÍTULO 3 – Formación de brechas en cortinas de tierra 
 
54 
 
 Hondonadas profundas en terrenos planos o casi planos. 
 Turbidez excesiva en cualquier depósito de agua. 
 Áreas cultivables de bajo rendimiento o crecimiento mal desarrollado que 
pueden indicar presencia de suelos altamente salinos. 
 Presencia de quebradas profundas y fallas por tubificación en presas 
pequeñas. 
Si bien las arcillas dispersivas no tienen un origen geológico específicosuelen 
formarse en ambientes aluviales, en depósitos de laguna, loess y depósitos de 
planicies de inundación. Incluso, los depósitos marinos provenientes de lutitas o 
argilitas también son dispersivos. 
Es común que algunas obras hidráulicas como presas, bordos y canales se 
construyan en zonas con ambiente aluvial y planicies de inundación, por lo que la 
presencia de suelos dispersivos debe detectarse en la etapa de estudios preliminares. 
 
 
Figura 3.2 Vista aguas abajo de las fallas por tubificación presentadas en la cortina de la presa “La 
Escondida” en Tamaulipas. CFE-IIUNAM (2015). 
 
 
 
 
CAPÍTULO 3 – Formación de brechas en cortinas de tierra 
 
55 
 
ENSAYO DEL ORIFICIO INYECTADO (PINHOLE TEST) 
En la prueba desarrollada por Sherard et al. (1976b), se simula el flujo de agua a 
través de una grieta o una trayectoria de flujo concentrado en un corazón 
impermeable de una presa de tierra. La prueba se realiza en una muestra cilíndrica 
de suelo de 0.025 m de altura y 0.035 m de diámetro, en la cual se perfora un orificio 
de 0.001 m de diámetro. Se hace fluir agua destilada a través del orificio bajo cargas 
hidráulicas de 0.050, 0.180 y 0.380 m que generan velocidades de flujo que oscilan 
entre 0.3 y 1.6 m/s bajo un gradiente hidráulico de 2 a 15. Durante la prueba se 
registra la rapidez de flujo y la turbiedad del efluente (ASTM D4647-06). En la Figura 
3.3 se observa un esquema del montaje de la prueba. 
Si la arcilla es dispersiva, el orificio se erosiona y el agua sale turbia en la descarga. 
Si el suelo no es dispersivo la erosión no se desarrolla y el efluente permanece limpio. 
Se recomienda realizar la prueba en suelos con condiciones naturales, dado que el 
secado de la muestra puede alterar el resultado de la prueba. Si el material contiene 
partículas de arena o grava, el material se tamiza a través de la malla No. 10 (0.002 
m). Este ensayo se diseñó para la medición directa de la dispersividad de suelos 
finos compactados. 
 
 
Figura 3.3 Esquema del ensayo pinhole. CFE-IIUNAM (2015). 
CAPÍTULO 3 – Formación de brechas en cortinas de tierra 
 
56 
 
MIGRACIÓN DE PARTÍCULAS 
Existen numerosos casos prácticos en los cuales es necesario conocer los efectos del 
flujo del agua en la estabilidad de los taludes de materiales térreos, ya sean estos 
naturales (laderas) o artificiales (presa o bordo). El flujo del agua a través de los 
poros de los materiales, ocasiona fuerzas de filtración, mismas que hacen cambiar el 
estado de esfuerzos y promueven deformaciones de los materiales. Los esfuerzos 
cortantes generados pueden rebasar la resistencia de los materiales, propiciando 
grandes desplazamientos o hasta fallas totales en la masa de suelo. 
Así, la migración de partículas asociada a las fuerzas de filtración en estructuras de 
suelo responde a un mecanismo específico de erosión interna. 
El término de erosión interna está asociado a la erosión de partículas del suelo por 
el flujo del agua a través de una capa de suelo. Este flujo de agua genera fuerzas de 
filtración (Figura 3.4) que pueden dar lugar a la tubificación del suelo, creando 
cavidades debido a la disminución de los esfuerzos efectivos por el aumento de las 
presiones de poros, lo que al final provocará el desequilibrio en la estructura del 
suelo, ocasionando la migración de materiales finos a través de los materiales 
gruesos de la capa de suelo. 
 
 
Figura 3.4 Esquema de un grano de suelo sujeto a flujo de agua y fuerza de filtración. CFE-IIUNAM 
(2015). 
 
CAPÍTULO 3 – Formación de brechas en cortinas de tierra 
 
57 
 
Los factores que contribuyen a la erosión interna son los siguientes: 
 Compactación deficiente alrededor de conductos o tubos que producen una 
permeabilidad alta y una concentración de flujo. 
 El agrietamiento por cambios de humedad. 
 La desaparición de la cobertura vegetal. 
 La presencia de capas impermeables dentro del perfil del suelo. 
 La presencia de fracturas, grietas o juntas de construcción. 
 Los gradientes hidráulicos internos muy altos. 
 La dispersividad o la solubilidad del suelo. 
 
Los fenómenos de erosión interna son en general locales pero complejos, así como 
difíciles de medir. Para identificarlos y clasificarlos es necesario tomar en cuenta las 
condiciones de frontera, las características del suelo y la dirección del flujo (Ziems 
1969). No obstante, a menudo es difícil determinar con precisión la causa de un 
accidente o falla de una estructura de tierra ya que varios tipos de procesos y 
múltiples modos de falla podrían estar involucrados. Además, la erosión interna 
tiene una tendencia a destruir la evidencia de las causas iniciales existentes (Peck, 
1980). 
La erosión interna produce fallas, movimientos de suelo en bloque (levantamientos) 
o bien, puede ser el resultado del fracturamiento hidráulico. Los efectos de la erosión 
interna implican transporte o arrastre de partículas y los tres efectos principales son 
los que se enuncian a continuación: 
Tubificación: Es el modo de falla ocasionado por erosión interna el cual ocurre 
mediante algún mecanismo iniciador en una zona permeable (erosión de contacto, 
tubificación retrograda, sufusión o por flujo concentrado). Resulta en la formación 
de un ducto o tubo que puede variar en longitud desde unos pocos centímetros a 
cientos de metros y en diámetros de hasta decenas de metros. 
Levantamiento: Es el desplazamiento de un bloque de suelo causado por un 
gradiente hidráulico alto. Puede ocurrir en suelos cohesivos y granulares, 
generalmente acompañado por lloraderos en taludes, puntos de ebullición de arena 
y aparición de volcanes de arena, entre otras evidencias. 
Terzaghi (1973) recomendó la construcción de un “filtro invertido cargado” 
(materiales gruesos arriba), de tal forma que su peso, colocado en la zona donde 
emergen las líneas de flujo concentrado, evite el sifonamiento, incrementando el 
factor de seguridad. 
CAPÍTULO 3 – Formación de brechas en cortinas de tierra 
 
58 
 
Fracturamiento hidráulico: Consiste en una brusca aparición del flujo de agua a 
través de las grietas de los terraplenes, bajo los efectos de la carga hidráulica. 
Por otro lado, los mecanismos iniciadores de los fenómenos de arrastre de partículas 
son de origen erosivo y se describen a continuación: 
Erosión de contacto: Este mecanismo puede desarrollarse dentro del cuerpo de un 
terraplén, debajo de una cimentación o bien, en la interfaz entre dos medios donde 
la capa filtrante no es efectiva. En este caso, el flujo transporta las partículas más 
pequeñas entre las oquedades más grandes. De esta manera, los granos son 
transportados en forma selectiva, distinguiéndose dos tipos de erosión de contacto: 
 Erosión de contacto externa: Se desarrolla en la interfaz entre un material 
grueso y uno fino, bajo el efecto de un flujo paralelo a la interfaz (Figura 3.5a). 
 Erosión de contacto interna: Se desarrolla en el interior de un suelo donde la 
distribución del tamaño del grano no tiene las condiciones que permitan la 
filtración (Figura 3.5b). 
 
 
Figura 3.5 a) Erosión de contacto externa, b) Erosión de contacto interna. CFE-IIUNAM (2015). 
 
Erosión por concentración de flujo: Suele ocurrir a través de una grieta en la 
estructura de suelo, causada por asentamientos diferenciales, desecación, 
congelación y descongelación, a través de una fractura hidráulica, o bien en los 
espacios vacíos cuando existe alguna estructura de concreto o tubería (Figura 3.6); 
también puede ocurrir a través de materiales mal compactados en donde exista un 
sistema de vacíos interconectados. 
CAPÍTULO 3 – Formación de brechas en cortinas de tierra 
 
59 
 
Sufusión: Ocurre cuando las partículas más finas de un suelo se transportan a través 
de la fracción más gruesa del mismo por un flujo de agua, provocando erosión la 
cual se manifiesta mediante una pérdida de material que puede formar grandes